(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローターを回転させるエンジンの性能に関係するパラメータの測定値に対する該エンジンのトルクの測定値である測定点を、測定した時間と共に記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記測定点に基づいた近似式を生成する生成手段と、
前記生成手段によって生成された前記近似式から、利用可能な前記トルクの大きさを推定する推定手段と、
を備えた垂直離着陸機のトルク推定装置。
【請求項２】
前記生成手段は、前記近似式に対して前記パラメータの測定値が高い前記測定点が新たに得られた場合に、新たに得られた前記測定点に基づいて、前記近似式を平行移動させる請求項１記載の垂直離着陸機のトルク推定装置。
【請求項３】
前記生成手段は、前記近似式に対して前記パラメータの測定値が低い前記測定点が所定回数以上又は所定時間以上において連続的に新たに得られた場合に、新たに得られた前記測定点に基づいて、前記近似式を平行移動させる請求項１又は請求項２記載の垂直離着陸機のトルク推定装置。
【請求項４】
前記生成手段は、前記エンジンがアイドリング状態における前記トルクよりも大きい前記トルクに応じた前記測定点が所定数得られた場合、前記測定点に基づいて前記近似式を生成する請求項１から請求項３の何れか１項記載の垂直離着陸機のトルク推定装置。
【請求項５】
前記生成手段は、前記所定数の前記測定点が得られていない場合、予め定められた近似式を、得られている前記測定点へ平行移動させる請求項４記載の垂直離着陸機のトルク推定装置。
【請求項６】
前記生成手段は、複数の区間に分割された前記トルクの大きさ毎に、複数の前記測定点の平均値を所定時間間隔毎に算出し、同区間の平均値のうち前記パラメータの測定値が最大の平均値を、前記近似式を生成するための測定点として用いる請求項１から請求項５の何れか１項記載の垂直離着陸機のトルク推定装置。
【請求項７】
前記生成手段は、前記エンジンの前記ローターとは異なる負荷装置の使用状態毎に、前記近似式を生成する請求項１から請求項６の何れか１項記載の垂直離着陸機のトルク推定装置。
【請求項８】
前記生成手段は、前記負荷装置の使用状態に対応する前記近似式を更新した場合に、前記負荷装置の他の使用状態に対応する前記近似式も同様に更新する請求項７記載の垂直離着陸機のトルク推定装置。
【請求項９】
前記生成手段は、アイドル状態よりも上昇した前記トルクが再びアイドル状態まで下降した場合、前記近似式の生成に用いた前記測定点をリセットし、その後、新たに得られた前記測定点に基づいて、前記近似式を平行移動させる請求項１から請求項８の何れか１項記載の垂直離着陸機のトルク推定装置。
【請求項１０】
前記推定手段によって推定された利用可能な前記トルクの大きさに基づいた情報を操縦者に報知する報知手段、を備える請求項１から請求項９の何れか１項記載の垂直離着陸機のトルク推定装置。
【請求項１１】
ローターを回転させるエンジンと、
請求項１から請求項１０の何れか１項記載のトルク推定装置と、
を備えた垂直離着陸機。
【請求項１２】
コンピュータを、
ローターを回転させるエンジンの性能に関係するパラメータの測定値に対する該エンジンのトルクの測定値である測定点を、測定した時間と共に記憶した記憶装置から、該測定点を読み出す読出手段と、
読み出した前記測定点に基づいた近似式を生成する生成手段と、
前記生成手段によって生成された前記近似式から、利用可能な前記トルクの大きさを推定する推定手段と、
して機能させる垂直離着陸機のトルク推定プログラム。
【請求項１３】
ローターを回転させるエンジンの性能に関係するパラメータの測定値に対する該エンジンのトルクの測定値である測定点を、測定した時間と共に記憶装置に記憶させる第１工程と、
前記記憶手段に記憶された前記測定点に基づいて近似式を生成する第２工程と、
生成した前記近似式から、利用可能な前記トルクの大きさを推定する第３工程と、
を含む垂直離着陸機のトルク推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直離着陸機のトルク推定装置、垂直離着陸機、垂直離着陸機のトルク推定プログラム、及び垂直離着陸機のトルク推定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヘリコプタ等の垂直離着陸機は、ローターの回転数を維持して飛行し続けるために、ローターを回転させるために必要なトルク（以下、「必要トルク」という。）以上のトルク（以下、「利用可能トルク」という。）をエンジンから常に得なければならない。
【０００３】
これに関連して、特許文献１には、ヘリコプタにおけるロータシステムの劣化、エンジンの劣化や故障、現在の大気条件、飛行重量を考慮に入れて、停止飛行に必要とされる動力と利用可能な最大動力とを自動的に計算し、それらを対比してヘリコプタの操縦者に示す方法が記載されている。特許文献１に記載の方法では、停止飛行に必要とされる動力と現在利用可能な最大動力との関係が指示計上に表示されるので、操縦者は停止飛行が可能か否かを判断できる。ここで、現在利用可能な最大動力は、エンジンモデル等を用いた計算によりエンジンの作動パラメータから計算される方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平５−８７４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ロータブレードに付着物が蓄積して必要トルクが増加したり、例えばガスタービンエンジン等のエンジンが不純物を吸い込むことによる性能の急激な低下等が生じる可能性がある環境下で垂直離着陸機を飛行させる場合、操縦者は、リアルタイムに機体の状況を把握することは難しい。不純物とは、例えば海水のしぶきや火山灰等である。例えばガスタービンエンジンがこれら不純物を吸い込むと、ガスタービンエンジン内の翼列に付着し、短時間の間にガスタービンエンジンの性能の悪化をもたらす。このような通常の状態ではないエンジンの性能を十分な精度で計算することは、結果が理論値に沿わない場合が多く、一般的に推定は難しい。もしも、十分な精度の計算手段があったとしても、エンジン性能の計算には特許文献１に記載されているようにエンジン内部の温度や圧力等の詳細な作動パラメータを検知する必要がある。しかし、利用可能トルクを計算するために十分な情報を得るためのエンジン内部の検知機器等を、全て備えた垂直離着陸機は少ない。
また、操縦者が、垂直離着陸機を飛行させると共に他の作業を行うような多忙な状態で、その後大きなトルクを必要とする飛行を実施する場合、その飛行を可能とする利用可能トルクを推定し、垂直離着陸機が生じさせるか否かを予測することは、さらに困難である。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、エンジン性能の急激な変化にかかわらず、利用可能なトルクの大きさを限られたエンジン性能パラメータから簡易にリアルタイムで推定できる、垂直離着陸機のトルク推定装置、垂直離着陸機、垂直離着陸機のトルク推定プログラム、及び垂直離着陸機のトルク推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の垂直離着陸機のトルク推定装置、垂直離着陸機、垂直離着陸機のトルク推定プログラム、及び垂直離着陸機のトルク推定方法は以下の手段を採用する。
【０００８】
本発明の第一態様に係る垂直離着陸機のトルク推定装置は、ローターを回転させるエンジンの性能に関係するパラメータの測定値に対する該エンジンのトルクの測定値である測定点を、測定した時間と共に記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記測定点に基づいた近似式を生成する生成手段と、前記生成手段によって生成された前記近似式から、利用可能な前記トルクの大きさを推定する推定手段と、を備える。
【０００９】
本構成によれば、記憶手段によって、ローターを回転させるエンジンの性能に関係するパラメータの測定値に対する該エンジンのトルクの測定値である測定点が、測定した時間と共に記憶される。記憶手段は、不揮発性であることが好ましい。エンジンは、例えばガスタービンエンジンであり、パラメータは、例えばエンジン出口温度、エンジン回転数、及び燃料流量等である。
【００１０】
そして、生成手段によって、記憶手段に記憶された測定点に基づいた近似式が生成され、推定手段によって、生成された近似式から、利用可能なトルクの大きさが推定される。
なお、複数種類のパラメータを測定する場合は、異なるパラメータ毎に近似式が生成され、各近似式毎に利用可能なトルクの大きさが推定される。これにより、利用可能なトルクの大きさの推定値は、複数得られることとなるが、例えば、安全裕度を得るために低値選択が行われる。
【００１１】
このように、本構成は、垂直離着陸機から得られるエンジンの性能に関係するパラメータ及びエンジンのトルク、これら２つの情報によって近似式を生成し、利用可能なトルクの大きさを推定するので、エンジン性能の急激な変化にかかわらず、限られたエンジン性能パラメータから簡易にリアルタイムで利用可能なトルクの大きさを推定できる。
【００１２】
上記第一態様では、前記生成手段が、前記近似式に対して前記パラメータの測定値が高い前記測定点が新たに得られた場合に、新たに得られた前記測定点に基づいて、前記近似式を平行移動させることが好ましい。
【００１３】
本構成によれば、近似式に対してパラメータの測定値が高い測定点が新たに得られた場合、新たに得られた測定点に基づいて、近似式が平行移動される。パラメータの測定値が、近似式に対して高いということは、パラメータに対するトルクの低下、すなわちエンジン性能の低下が生じていることを示している。例えば、ガスタービンエンジンでは、海水や火山灰等を吸込んだ場合に、塩塊や灰がガスタービンエンジン内の翼列に付着し、エンジン性能が低下する可能性がある。
【００１４】
近似式の傾きは、前記パラメータに対するエンジン性能の変化率を示しており、この変化率はエンジン性能が変化しても大きく変動しないと考えられる。このため、新たに得られた測定点に基づいて近似式を平行移動させることで、本構成は、エンジン性能の低下に応じた近似式を簡易に得ることができる。
【００１５】
上記第一態様では、前記生成手段が、前記近似式に対して前記パラメータの測定値が低い前記測定点が所定回数以上又は所定時間以上において連続的に新たに得られた場合に、新たに得られた前記測定点に基づいて、前記近似式を平行移動させることが好ましい。
【００１６】
本構成によれば、近似式に対してパラメータの測定値が低い測定点が得られた場合、新たに得られた測定点に基づいて、近似式が平行移動される。パラメータの測定値が、近似式に対して低いということは、パラメータに対するトルクの増加、すなわちエンジン性能が回復していることを示している。例えば、ガスタービンエンジンでは、海水や火山灰等を吸込んでエンジン性能が低下しても、雨等の真水をガスタービンエンジンが吸い込むことによってガスタービンエンジン内の翼列に付着した塩塊や灰が洗い流され、エンジン性能が回復する場合がある。また、垂直離着陸機の着陸後のメンテナンス作業によって、ガスタービンエンジン内の翼列に付着した塩塊や灰が洗い流され、エンジン性能が回復する。
【００１７】
なお、エンジンの回復が一時的な事象である可能性を排除するために、近似式に対してパラメータの測定値が低い測定点が所定回数以上又は所定時間以上において連続的に新たに得られた場合に、近似式を平行移動させる。
以上のことから、本構成は、エンジン性能の回復に応じた近似式を簡易に得ることができる。
【００１８】
上記第一態様では、前記生成手段が、前記エンジンがアイドリング状態における前記トルクよりも大きい前記トルクに応じた前記測定点が所定数得られた場合、前記測定点に基づいて前記近似式を生成することが好ましい。
【００１９】
本構成によれば、エンジンがアイドリング状態におけるトルクよりも大きいトルクに応じた測定点を所定数得られた場合、測定点に基づいて近似式が生成される。アイドリング状態における測定点のみや、少ない測定点に基づいて生成された近似式は、誤差が大きくなる可能性があるため、利用可能なトルクの大きさを精度高く推定できない。そこで、本構成は、アイドリング状態におけるトルクよりも大きいトルクや、誤差が十分に小さくなる所定数の測定点に基づいて近似式を生成することによって、利用可能なトルクの大きさをより精度高く推定できる。なお、アイドリング状態におけるトルクよりも大きいトルクとは、例えば、垂直離着陸機が地面効果内でホバリングする場合におけるトルク以上の大きさである。
【００２０】
上記第一態様では、前記生成手段が、前記所定数の前記測定点が得られていない場合、予め定められた近似式を、得られている前記測定点へ平行移動させることが好ましい。
【００２１】
本構成によれば、所定数の測定点が得られない場合、近似式は生成できないので、事前のエンジン性能の測定やシミュレーションにより得られている近似式が、得られている測定点へ平行移動させられる。これにより、本構成は、所定数の測定点が得られていなくても、利用可能なトルクの大きさを推定することができる。
【００２２】
上記第一態様では、前記生成手段が、複数の区間に分割された前記トルクの大きさ毎に、複数の前記測定点の平均値を所定時間間隔毎に算出し、同区間の平均値のうち前記パラメータの測定値が最大の平均値を、前記近似式を生成するための測定点として用いることが好ましい。
【００２３】
本構成によれば、トルクの大きさが複数の区間に分割され、該区間毎に含まれる複数の測定点の平均値が所定時間間隔毎に算出される。測定点がトルクの大きさに応じた複数の区間毎に平均化されることで、測定点のちらばりが均される。また、同じ区間のトルクであっても、時間が異なるとエンジン性能も変化し、測定点にばらつきが生じることとなる。そこで、測定点の平均値は、所定時間間隔毎に算出される。
【００２４】
そして、同じトルクでもパラメータの測定値が大きいほど、エンジン性能が低下していることを示している。このため、同区間の平均値のうちパラメータの測定値が最大の平均値を、近似式を生成するための測定点として用いることによって、生成される近似式はより安全裕度を有した近似式となる。
以上のことから、本構成は、利用可能なトルクの大きさをより精度高く推定可能な、近似式を生成することができる。
【００２５】
上記第一態様では、前記生成手段が、前記エンジンの前記ローターとは異なる負荷装置の使用状態毎に、前記近似式を生成することが好ましい。
【００２６】
エンジンにかかる負荷に応じてエンジンのトルクは変化する。本構成によれば、エンジンのローターとは異なる負荷装置の使用状態毎に、近似式が生成されるので、利用可能なトルクの大きさをより精度高く推定可能となる。
【００２７】
上記第一態様では、前記生成手段が、前記負荷装置の使用状態に対応する前記近似式を更新した場合に、前記負荷装置の他の使用状態に対応する前記近似式も同様に更新することが好ましい。
【００２８】
本構成によれば、ある負荷装置の使用状態において近似式が平行移動等により更新された場合、負荷装置の他の使用状態においてもトルクとパラメータとの関係は同様の傾向となっていると想定し、負荷装置の他の使用状態に対応する前記近似式も同様に更新させるので、利用可能なトルクの大きさをより精度高く推定可能となる。
【００２９】
上記第一態様では、前記生成手段が、アイドル状態よりも上昇した前記トルクが再びアイドル状態まで下降した場合、前記近似式の生成に用いた前記測定点をリセットし、その後、新たに得られた前記測定点に基づいて、前記近似式を平行移動させることが好ましい。
【００３０】
アイドル状態よりも上昇したエンジンのトルクが再びアイドル状態まで下降する場合とは、垂直離着陸機のフライトが一旦終了されたと考えられる。
そこで、本構成によれば、アイドル状態よりも上昇したトルクが再びアイドル状態まで下降した場合、近似式の生成に用いる測定点がリセットされるので、新たに開始されるフライトにおいて前回のフライトにおける測定点の影響が減じられる。ただし、近似式は、リセットされない。なお、ここでいう測定点のリセットとは、測定点を記憶手段から消去することではなく、近似式の生成に用いないことを意味する。
【００３１】
そして、本構成は、その後、新たに得られた測定点に基づいて、リセットされていない近似式を平行移動させるので、垂直離着陸機を新たにフライトする場合に、迅速に利用可能なトルクの大きさを推定可能となる。
【００３２】
上記第一態様では、前記推定手段によって推定された利用可能な前記トルクの大きさに基づいた情報を操縦者に報知する報知手段、を備えることが好ましい。
【００３３】
本構成によれば、推定された利用可能なエンジンのトルクの大きさに基づいた情報が操縦者に報知されるので、操縦者は、利用可能なトルクに応じた垂直離着陸機のフライトを行うことができ、垂直離着陸機の安全性が向上する。
【００３４】
本発明の第二態様に係る垂直離着陸機は、ローターを回転させるエンジンと、上記記載のトルク推定装置と、を備える。
【００３５】
本発明の第三態様に係る垂直離着陸機のトルク推定プログラムは、コンピュータを、ローターを回転させるエンジンの性能に関係するパラメータの測定値に対する該エンジンのトルクの測定値である測定点を、測定した時間と共に記憶した記憶装置から、該測定点を読み出す読出手段と、読み出した前記測定点に基づいた近似式を生成する生成手段と、前記生成手段によって生成された前記近似式から、利用可能な前記トルクの大きさを推定する推定手段と、して機能させる。
【００３６】
本発明の第四態様に係る垂直離着陸機のトルク推定方法は、ローターを回転させるエンジンの性能に関係するパラメータの測定値に対する該エンジンのトルクの測定値である測定点を、測定した時間と共に記憶装置に記憶させる第１工程と、前記記憶手段に記憶された前記測定点に基づいて近似式を生成する第２工程と、生成した前記近似式から、利用可能な前記トルクの大きさを推定する第３工程と、を含む。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、エンジン性能の急激な変化にかかわらず、利用可能なトルクの大きさを限られたエンジン性能パラメータから簡易にリアルタイムで推定できる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係るヘリコプタのトルク推定装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る近似式生成部によって生成される近似式の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る余裕トルクを示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るトルク推定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る測定点がプロットされたグラフの一例である。
【図６】本発明の実施形態に係るトルクの大きさを１０毎に分割したグラフの一例である。
【図７】本発明の実施形態に係るピーク値を示すグラフの一例である。
【図８】本発明の実施形態に係るピーク値の更新を示すグラフの一例である。
【図９】本発明の実施形態に係る近似式である性能曲線の平行移動の一例を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態に係るタービン温度が高いピーク値が新たに得られた場合における近似式の平行移動の一例を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態に係る新たな近似式が生成された場合における一例を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施形態に係る負荷装置の近似式を更新した場合における負荷装置の他の使用状態における近似式の更新の内容を示した模式図である。
【図１３】本発明の実施形態に係るエンジンの低下した性能が回復した場合における近似式の平行移動の一例を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施形態に係るトルクが再びアイドル状態まで下降した場合における近似式の平行移動の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に、本発明に係る垂直離着陸機のトルク推定装置、垂直離着陸機、垂直離着陸機のトルク推定プログラム、及び垂直離着陸機のトルク推定方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、本実施形態では、垂直離着陸機を一例としてヘリコプタとして説明する。
【００４０】
図１は、本実施形態に係るヘリコプタ１０のトルク推定装置１２の構成図である。
トルク推定装置１２は、ヘリコプタ１０の制御装置に設けられており、記憶装置１４、近似式生成部１６、利用可能トルク推定部１８、負荷装置利用状態特定部２０、状態判定部２２、及び必要トルク推定部２４を備えている。
本実施形態に係るヘリコプタ１０は、ローター２６を回転させるエンジン２８をガスタービンエンジンとしている。
【００４１】
記憶装置１４は、エンジン２８の性能に関係するパラメータ（以下、「エンジン性能パラメータ」という。）の測定値に対するエンジン２８のトルクの測定値である測定点を、測定した時間と共に記憶する。なお、本実施形態に係るエンジン性能パラメータは、タービン温度としてのエンジン出口温度（排ガス温度）、エンジン回転数、及び燃料流量等である。
【００４２】
本実施形態では、エンジン２８のトルクの大きさを測定するトルクセンサ３０、タービン温度を測定するタービン温度センサ３２、エンジン回転数を測定する回転数センサ３４、及び燃料流量を測定する燃料流量センサ３６が設けられる。各センサで測定された値は、記憶装置１４に記憶される。
すなわち、記憶装置１４は、測定点としてトルクに対するタービン温度、トルクに対するエンジン回転数、及びトルクに対する燃料流量を測定時間と共に記憶する。ガスタービンエンジンのみならず、主なエンジン２８は、エンジン出口温度、エンジン回転数、及び燃料流量によって、利用可能なトルク（以下、「利用可能トルク」という。）が制約を受けることとなる。利用可能トルクとは、換言するとエンジン２８が発生させることが可能なトルクの最大値である。
【００４３】
また、記憶装置１４は、不揮発性の記憶装置とされている。本実施形態では、記憶装置１４へ電力を供給するバッテリ３８が接続されている。これにより、機体電源がオフとされても、記憶装置１４から外部のメディア４０へデータの読み出しが可能となり、整備員は、ヘリコプタ１０のメンテナンス時等に該データを利用できる。
【００４４】
近似式生成部１６は、記憶装置１４に記憶された測定点に基づいた近似式を生成する。
【００４５】
利用可能トルク推定部１８は、近似式生成部１６によって生成された近似式から、利用可能トルクの大きさを推定する。
【００４６】
負荷装置利用状態特定部２０は、ローター２６とは異なるエンジン２８の負荷装置（例えばエアコンや防氷装置等）の使用状態を特定する。
【００４７】
状態判定部２２は、ホバリング（飛行速度が０kmであり着陸時も含む）に必要とするトルク（以下、「必要トルク」という。）を推定された利用可能トルクが十分満たした状態にあるか否かを判定する。また、状態判定部２２は、判定結果を操縦席に備えられているスピーカ４２や表示装置４４等の各種報知装置に報知させる。
【００４８】
必要トルク推定部２４は、ヘリコプタ１０の飛行中の外気温度、高度、速度、及びトルクに基づいて、ヘリコプタ１０の重量と必要トルクを推定する。
【００４９】
図２は、近似式生成部１６によって生成される近似式の一例を示す図である。
近似式生成部１６は、記憶装置１４に記憶されているヘリコプタ１０のアイドル状態からの測定点（データ履歴）に基づいて、近似式を生成する。そして、利用可能トルク推定部１８は、近似式を外挿し、トルクに対するトランスミッションの強度で決定される機体の限界による制限値、又はエンジン性能パラメータの上限値で決定されるエンジンの限界による制限値から、利用可能トルクを推定する。
【００５０】
図３は、余裕トルクを示す図である。
図３に示されるように余裕トルクは、利用可能トルクと必要トルクとの差である。状態判定部２２は、余裕トルクが予め定められた値以下となる場合に、利用可能トルクが十分でないとし、各種報知装置に報知させる。
【００５１】
なお、トルク推定装置１２は、具体的には、記憶装置１４と共に、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）等から構成されている。そして、近似式生成部１６、利用可能トルク推定部１８、負荷装置利用状態特定部２０、状態判定部２２、及び必要トルク推定部２４の各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶装置１４に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。
【００５２】
図４は、トルク推定装置１２によって実行されるトルク推定プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、トルク推定プログラムは、上述のように記憶装置１４の所定領域に予め記憶されている。
【００５３】
まず、ステップ１００では、記憶されている測定点を記憶装置１４から読み出す。本実施形態では、トルク推定装置１２は、測定点として、トルクに対するタービン温度、トルクに対するエンジン回転数、及びトルクに対する燃料流量を測定時間と共に読み出す。
【００５４】
次のステップ１０２では、読み出した測定点に基づいて近似式を生成する。近似式生成部１６は、読み出したトルクに対するタービン温度に基づいた近似式（以下、「タービン温度近似式」という。）、トルクに対するエンジン回転数に基づいた近似式（以下、「エンジン回転数近似式」という。）、及びトルクに対する燃料流量に基づいた近似式（以下、「燃料流量近似式」という。）を生成する。このように、近似式生成部１６は、読み出した複数種類のエンジン性能パラメータ毎に近似式を生成する。
【００５５】
次のステップ１０４では、利用可能トルクを推定する。利用可能トルク推定部１８は、複数種類のエンジン性能パラメータ毎に生成した近似式毎に、外挿によって利用可能トルクを推定する。そして、利用可能トルク推定部１８は、各種エンジン性能パラメータ毎に得られた複数の利用可能トルクから、安全裕度を得るために低値選択を行う。
【００５６】
次のステップ１０６では、推定した利用可能トルクから必要トルクを減算することによって、余裕トルクを算出する。
【００５７】
次のステップ１０８では、余裕トルクの大きさに基づいた報知処理を行う。
なお、報知処理として、トルク推定装置１２が、例えば、図２に示されるような図、推定した利用可能トルク、必要トルク、及び余裕トルク等を表示装置４４に表示させる。
また、報知処理として、トルク推定装置１２が、例えば、余裕トルクが基準値よりも小さくなっている場合、時間と共に小さく変化している場合等に、余裕トルクが小さくなっていることを示す情報をスピーカ４２に音声で報知させたり、表示装置４４に表示させる。特に、アイドリング状態から離陸してホバリングへ移行した場合や、トルクの低い巡行状態からホバリング等のトルクの高い飛行状態に移行した場合に、トルク推定装置１２が、上記報知を行うことが好ましい。
さらに、トルク推定装置１２は、アプローチ減速時等の着陸を行う場合に、余裕トルクの大きさに基づいて推奨される着陸方法を表示装置４４に表示させてもよいし、余裕トルクが小さい場合には、着陸後に水洗いを推奨する表示装置４４に表示させてもよい。
その他、表示装置４４は、操縦者及び整備員からの要求に応じて、利用可能トルク及び余裕トルク等の時間変化を表示する。
【００５８】
このように、推定された利用可能なエンジン２８のトルクの大きさに基づいた情報が操縦者に報知されるので、操縦者は、利用可能なトルクに応じたヘリコプタ１０のフライトを行うことができ、ヘリコプタ１０の安全性が向上する。
【００５９】
次のステップ１１０では、エンジン２８が停止されたか否かを判定し、肯定判定の場合は、本プログラムを終了し、否定判定の場合は、ステップ１００へ移行し、新たに測定された測定点を読み出し、近似式を生成して利用可能トルクの推定を繰り返す。
【００６０】
次に、近似式生成部１６及び利用可能トルク推定部１８で行われる処理（ステップ１０２及びステップ１０４で行われる処理）の詳細について、エンジン性能パラメータを主にタービン温度とした場合を例にして説明する。なお、以下の説明に用いられる図５から図１１は、一例でありこれに限られない。また、以下では、グラフを用いて利用可能トルクの推定方法を説明するが、利用可能トルクを推定するにあたり、実際にグラフに測定点をプロット等する処理を行う必要はない。
【００６１】
まず、タービン温度とトルクがリアルタイムにクロスプロット（測定点のプロット）され、グラフ上に表示される。
図５の例では、ｘ軸がタービン温度を示し、ｙ軸がトルクを示す。例えば、エンジン２８のアイドル状態からホバリング（地面効果内）に移行した場合、図５に示されるように、右肩上がりに測定点（図５の×マーク）がプロットされ、タービン温度が上がるにつれてトルクが増加する状態が分かる。
【００６２】
そして、図６に示されるように、近似式生成部１６は、複数の区間に分割されたトルクの大きさ毎に、測定点の平均値を所定時間間隔毎に算出する。図６は、トルクの大きさを１０毎に分割した例であり、拡大図は８０のトルクを中心とした区間における測定点の例を示している。
各区間では、その区間内に測定点がある場合にのみ、最新の測定点から所定時間内の測定点の集合についてタービン温度を平均化し、平均値を各区間における最新のタービン温度とする。
このように、測定点がトルクの大きさに応じた複数の区間毎に平均化されることで、測定点のちらばりが均される。また、同じ区間のトルクであっても、時間が異なるとエンジン性能も変化し、測定点にばらつきが生じることとなる。そこで、測定点の平均値は、所定時間間隔毎に算出される。
【００６３】
また、同じトルクでもエンジン性能パラメータの測定値（本例ではタービン温度）が大きいほど、エンジン性能が低下している。
このため、近似式生成部１６は、図７に示されるように、同区間の平均値のうちタービン温度が最大の平均値を、近似式を生成するための測定点（以下、「ピーク値」）として用いる。これによって、生成される近似式はより安全裕度を有した近似式となる。
【００６４】
このピーク値は、ピーク値となる計測点が計測された時間（例えば所定時間間隔の中心値）と共に、記憶装置１４に記憶される。そして、図８の例に示されるように、計測点がトルク８０の区間を一旦出ても、再びトルク８０の区間に入った場合に、近似式生成部１６は、測定点の平均値の算出及びピーク値の算出を繰り返し、ピーク値を更新する。
なお、上記説明では、トルクが８０の区間を例としたが、他の区間でも同様の処理が行われる。
【００６５】
次に、近似式生成部１６は、エンジン２８の始動後、始めて何れかの区間でピーク値が得られたら、図９に示されるように、予め得られているエンジン２８の性能を示す近似式（デフォルトの性能曲線）を、得られたピーク値を通るように平行移動させる。平行移動された近似式は、現在時刻と共に記憶装置１４に記憶される。
所定数のピーク値が得られない場合、後述するように近似式は生成できないので、事前のエンジン性能の測定やシミュレーションにより得られている近似式である性能曲線が、得られている測定点へ平行移動させられる。これにより、トルク推定装置１２は、所定数のピーク値が得られていなくても、利用可能なトルクの大きさを推定することができる。なお、性能曲線の替わりに、前回のフライトで得られた近似式を用いてもよい。
【００６６】
なお、近似式は、タービン温度の方向（グラフのｘ軸方向）、及びトルクの方向（グラフのｙ軸方向）の何れの方向に平行移動されてもよいが、推定される利用可能トルクがより安全裕度を有するために、トルクの方向へ平行移動されることが好ましい。
【００６７】
近似式生成部１６は、近似式に対してタービン温度が高いピーク値が新たに得られた場合に、近似式を新たに得られたピーク値に基づいて平行移動させる。
タービン温度が、近似式に対して高いということは、タービン温度に対するトルクの低下、すなわちエンジン性能の低下が生じていることを示している。例えば、ガスタービンエンジンでは、海水や火山灰等を吸込んだ場合に、塩塊や灰がガスタービンエンジン内の翼列に付着し、エンジン性能が低下する可能性がある。
なお、近似式の傾きは、タービン温度に対するエンジン性能の変化率を示しており、この変化率はエンジン性能が変化しても大きく変動しないと考えられる。このため、近似式を新たに得られた測定点に基づいて平行移動させることで、エンジン性能の低下に応じた近似式を簡易に得ることができる。
【００６８】
図１０は、タービン温度が高いピーク値が新たに得られた場合に、近似式を平行移動させる例を示すグラフである。図１０に示されるように、新ピーク値を通過するように近似式が平行移動されてもよいが、例えば、新ピーク値と旧ピーク値との間を近似式が通過するように近似式を平行移動させる等してもよい。
なお、平行移動後の近似式は、現在時刻と共に記憶装置１４へ記憶される。
【００６９】
また、近似式生成部１６は、エンジン２８がアイドリング状態におけるトルクよりも大きいトルクに応じたピーク値が所定数得られた場合、ピーク値に基づいて近似式を生成する。
アイドリング状態におけるピーク値のみや、少ないピーク値に基づいて生成された近似式は、誤差が大きくなる可能性があるため、利用可能トルクの大きさを精度高く推定できない。そこで、近似式生成部１６は、アイドリング状態におけるトルクよりも大きいトルクや、誤差が十分に小さくなる所定数の測定点に基づいて近似式を生成することによって、利用可能トルクの大きさをより精度高く推定する。なお、アイドリング状態におけるトルクよりも大きいトルクとは、例えば、ヘリコプタ１０が地面効果内でホバリングする場合におけるトルク以上の大きさである。
地面効果内でホバリングする場合におけるトルク以上では、測定点の値も安定しており、測定されたタービン温度から、タービン温度センサ３２の一次遅れ要素による誤差や、他の外乱による誤差がより排除されている。
【００７０】
図１１は、ピーク値に基づいた新しい近似式が生成された場合の例を示すグラフである。
そして、図１１に示されるように、利用可能トルク推定部１８は、近似式を外挿し、タービン温度に基づくエンジン２８の限界による制限値、又は機体の限界による制限値に達する点を利用可能トルクとして推定する。
【００７１】
本実施形態に係るトルク推定装置１２は、上述した近似式の生成を、タービン温度と共に、エンジン回転数や燃料流量等に対しても行い、タービン温度近似式、エンジン回転数近似式、及び燃料流量近似式等を生成する。そして、各近似式に基づいて利用可能トルクを推定する。
このため、利用可能トルク推定部１８は、トルクに基づく機体の限界による制限値、タービン温度に基づくエンジン２８の限界による制限値、エンジン回転数に基づくエンジン２８の限界による制限値、及び燃料流量に基づくエンジン２８の限界による制限値に基づく各エンジン性能パラメータ毎の利用可能トルクのうち、最小の値を選択し、現在時刻と共に記憶装置１４に記憶させる。
【００７２】
次に、エアコンや防氷装置等のローター２６以外の負荷装置の使用状態毎の、近似式の生成について説明する。
上記説明した近似式は、表１の例に示されるような負荷装置のオン及びオフの組み合わせを示したパターン毎に生成され、利用可能トルクが推定される。負荷装置のオン及びオフは、負荷装置利用状態特定部２０によって特定される。
【表１】
0005832352.tif 000002
【００７３】
また、本実施形態に係る近似式生成部１６は、ある負荷装置の使用状態において近似式を平行移動等により更新した場合、負荷装置の他の使用状態においてもトルクとエンジン性能パラメータとの関係は同様の傾向となっていると想定し、負荷装置の他の使用状態に対応する近似式も同様に更新させる。これにより、利用可能トルク推定部１８は、利用可能トルクの大きさをより精度高く推定可能となる。
【００７４】
図１２は、ある負荷装置の近似式を更新した場合における負荷装置の他の使用状態における近似式の更新の内容を示した模式図である。
近似式生成部１６は、図１２に示されるように、例えばパターンｂに示される負荷装置の使用状態において近似式を更新した場合、該更新による利用可能トルクの変化量を求める。なお、近似式の更新とは、近似式の平行移動やデフォルトの性能曲線から新たに生成した近似式への変更である。
そして、近似式生成部１６は、求めた変化量と同じ変化量で他のパターンａ，ｃ，ｄの近似式を更新して記憶する。
なお、パターンａからパターンｂへの切り替えのように、使用状態の切り替え時にも近似式は更新されることとなる。しかし、この更新は、使用状態が変化したのであって、エンジン２８の性能は変化していないので、他のパターンの近似式は更新させない。
【００７５】
なお、負荷装置の使用状態によって、余裕トルクは変化する。このため、状態判定部２２は、ある負荷装置の使用状態では余裕トルクが小さい場合、余裕トルクが大きくなる負荷装置の使用状態を推奨する情報をスピーカ４２や表示装置４４に報知させてもよい。また、ヘリコプタ１０の制御装置は、余裕トルクが少なくなった場合、余裕トルクが大きくなる負荷装置の他の使用状態へ操縦者の操作と関係なく、自動的に切り替えてもよい。ただし、防氷装置のオンからオフへの切り替えは安全性を下げることとなる可能性があるため、自動的な切り替えは行われない。
【００７６】
次に、エンジン２８の低下した性能が回復した場合における処理について説明する。
近似式生成部１６は、近似式に対してエンジン性能パラメータの測定値が低いピーク値が得られた場合、近似式を、新たに得られたピーク値に基づいて平行移動させる。エンジン性能パラメータの測定値が、近似式に対して低いということは、エンジン性能パラメータに対するトルクの増加、すなわちエンジン性能が回復していることを示している。ガスタービンエンジンでは、海水や火山灰等を吸込んでエンジン性能が低下しても、雨等の真水をガスタービンエンジンが吸い込むことによって、ガスタービンエンジン内の翼列に付着した塩塊や灰が洗い流され、エンジン性能が回復する場合がある。また、ヘリコプタ１０の着陸後のメンテナンス作業によって、ガスタービンエンジン内の翼列に付着した塩塊や灰が洗い流され、エンジン性能が回復する。
なお、エンジンの回復が一時的な事象である可能性を排除するために、近似式生成部１６は、図１３に示されるように、近似式に対してエンジン性能パラメータの測定値が低い平均値が所定回数以上又は所定時間以上において連続的に新たに得られた場合に、該平均値からピーク値を求め、該ピーク値に基づいて近似式を平行移動させる。これにより、近似式生成部１６は、エンジン性能の回復に応じた近似式を簡易に得ることができる。
【００７７】
なお、平行移動後の近似式は、現在時刻と共に記憶装置１４へ記憶される。
【００７８】
また、近似式生成部１６は、アイドル状態よりも上昇したトルクが再びアイドル状態まで下降した場合、近似式の生成に用いたピーク値をリセットし、その後、近似式を新たに得られたピーク値に基づいて平行移動させる。
アイドル状態よりも上昇したトルクが再びアイドル状態まで下降する場合とは、ヘリコプタ１０のフライトが一旦終了されたと考えることができる。
そこで、アイドル状態よりも上昇したトルクが再びアイドル状態まで下降した場合、近似式の生成に用いる測定点がリセットされるので、新たに開始されるフライトにおいて前回のフライトにおける測定点の影響が減じられる。ただし、近似式は、リセットされない。なお、ここでいう測定点のリセットとは、測定点を記憶装置１４から消去することではなく、近似式の生成に用いないことを意味する。
そして、近似式生成部１６は、図１４に示されるように、その後、リセットされていない近似式を新たに得られたピーク値に基づいて平行移動させるので、ヘリコプタ１０を新たにフライトする場合に、迅速に利用可能なトルクの大きさを推定可能となる。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態に係るヘリコプタ１０のトルク推定装置１２は、ローター２６を回転させるエンジン２８の性能に関係するエンジン性能パラメータの測定値に対するエンジン２８のトルクの測定値である測定点を、測定した時間と共に記憶装置１４に記憶させ、記憶装置１４に記憶された測定点に基づいて近似式を生成し、生成した近似式から、利用可能トルクの大きさを推定する。
【００８０】
このように、トルク推定装置１２は、ヘリコプタ１０から得られるエンジン性能パラメータ及びエンジン２８のトルク、これら２つの情報によって近似式を生成し、利用可能トルクの大きさを推定するので、エンジン性能の急激な変化にかかわらず、限られたエンジン性能パラメータから簡易にリアルタイムで利用可能トルクの大きさを推定できる。
【００８１】
以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８２】
例えば、上記実施形態では、垂直離着陸機としてヘリコプタ１０に本発明を適用する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ティルトローター機等、他の垂直離着陸機に本発明を適用する形態としてもよい。
【００８３】
また、上記実施形態では、ガスタービンエンジンを用いた垂直離着陸機に本発明を適用する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、レシプロエンジンやロータリーエンジン（Wankel  engine）等、他の吸気式のエンジンを用いた垂直離着陸機に本発明を適用する形態としてもよい。
【００８４】
また、上記実施形態では、複数のエンジン性能パラメータを測定し、得られた複数の利用可能トルクから低値選択によって、一つの利用可能トルクを選択する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、一つのエンジン性能パラメータのみに基づいてし、利用可能トルクを推定する形態としてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態で説明したトルク推定プログラムの処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０    ヘリコプタ
１２    トルク推定装置
１４    記憶装置
１６    近似式生成部
１８    利用可能トルク推定部
２６    ローター
２８    エンジン
４２    スピーカ
４４    表示装置
【図１】
0005832352.tif 000003
【図２】
0005832352.tif 000004
【図３】
0005832352.tif 000005
【図４】
0005832352.tif 000006
【図５】
0005832352.tif 000007
【図６】
0005832352.tif 000008
【図７】
0005832352.tif 000009
【図８】
0005832352.tif 000010
【図９】
0005832352.tif 000011
【図１０】
0005832352.tif 000012
【図１１】
0005832352.tif 000013
【図１２】
0005832352.tif 000014
【図１３】
0005832352.tif 000015
【図１４】
0005832352.tif 000016